Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não lineares de aminoácidos utilizando pulsos de laser com duração de femtossegundos. O índice de refração não linear (n2) da L-alanina, L-prolina, L-serina, L-treonina e L-arginina em solução aquosa foram determinados. Foi também estudada a influência do pH na magnitude de n2 dos aminoácidos em solução. Paralelamente, determinamos a dispersão de n2 em cristais de L-treonina nos três eixos principais, x, y e z. Os aminoácidos têm despertado grande interesse devido as suas boas propriedades ópticas de segunda ordem. Todavia, suas propriedades ópticas de terceira ordem ainda não haviam sido estabelecidas. Além disso, implementamos a técnica de espalhamento hiper-Rayleigh para determinar a primeira hiperpolarizabilidade (P) de moléculas orgânicas, onde uma mudança foi introduzida para permitir medidas mais rápidas e com melhor precisão. Foram encontrados os valores de P de algumas porfirinas e corantes orgânicos. / In this work we have studied nonlinear optical properties of amino acids using femtosecond laser pulses. The nonlinear index of refraction (nz) of L-alanine, L-proline, L-serine, L-threonine and L-arginine in aqueous solution have been determined. Also, the influence of pH in the magnitude of nz of amino acids in solution has been studied. Besides, we have determined the n;, dispersion in the three main axis, x, y and z, in L-threonine crystals. The amino acids have attracted a great deal of attention due to their good second-order optical properties. However, their third-order optical properties had not been established yet. Furthermore, we have implemented the hyper-Rayleigh scattering technique to determine the first hyperpolarizability (P) of organic molecules, leading to fast and more precise measurements. It was found the P value of some porphyrins and organic dyes.

Neste trabalho é feito um estudo da formatação de pulsos ultracurtos de laser de Ti:Safira para a geração de segundo harmônico em cristal de KDP. Para a formatação dos pulsos, é utilizado um aparato que inclui um modulador espacial de luz de cristal líquido (LC SLM), que altera unicamente a fase espectral dos pulsos. Este aparelho tem a vantagem de não introduzir perdas durante a propagação da luz, além de sua ação ser controlada via computador, através de um software em LabVIEW. Utilizando uma função senoidal, é feito um estudo das limitações do controle da geração do segundo harmônico provindas da pixelação do LC SLM, isto é, do fato de que os elementos moduladores possuem tamanhos finitos e produzem uma modulação discreta ao longo das componentes espectrais do pulso. É apresentada a geração de luz sintonizável em torno de 400 nm por duplicação de frequências de pulsos cuja fase espectral é modulada por uma soma de funções senoidais de frequências diferentes. A largura de banda do ultravioleta produzido é da ordem de 1 nm, em contraste com a largura de linha de cerca de 12 nm do segundo harmônico gerado na ausência de modulação do pulso fundamental. A sintonização é feita basicamente através de uma varredura na fase das funções moduladoras do pulso fundamental. Esse tipo de sintonização nessa região do espectro possui algumas aplicações, tais como a microscopia seletiva por dois fótons ou mesmo a espectroscopia de um fóton. Para comprovar a utilidade da geração de segundo harmônico sintonizável, é apresentada uma medida espectroscópica da transmissão em uma amostra de cloreto de európio, sendo que os resultados obtidos concordaram com as medidas da mesma amostra realizadas em um espectrofotômetro, com o mínimo de transmissão em cerca de 394 nm. / This work presents a study on the shaping of ultrashort pulses of a Ti:Sapphire laser for second harmonic generation in KDP crystals. To achieve the pulse shaping, a setup based on a phase-only crystal-based spatial light modulator (LC SLM) is used. This device has the advantage of low loss, and can be computer controlled, by means of a LabVIEW software. The use of a sinusoidal function, allows to study the limitations of the second harmonic generation due to the pixelation of the LC SLM, i. e., due to the fact that the modulating elements have finite sizes and produce a stepwise modulation along the spectral components of the pulse. The generation of tunable light around 400 nm by frequency doubling of laser pulses is presented for the case where the spectral phase is modulated by a sum of sinusoidal functions with different frequencies. The linewidth of the ultraviolet band produced is narrower than 1 nm, in contrast to the 12 nm linewidth of the non-modulated incident spectrum. The tuning is done primarily through a sweep in the phase of the modulating functions of the fundamental pulse. The possibility of tuning in this region of the spectrum has a few applications, such as in selective two-photon microscopy or even in one photon spectroscopy. To demonstrate the usefulness of tunable second harmonic generation, a spectroscopic measurement of the transmission in a sample of europium chloride is presented, and the results agreed with the measures of those performed in a spectrophotometer, with the minimal transmission occurring around 394 nm.

O trabalho apresenta a síntese e a caracterização de novos compostos heterocíclicos benzazólicos dos tipos 2-(4’-aminofenil)-6-nitrobenzazóis fluorescentes por apresentar provável transferência de carga intramolecular no estado excitado (ICT) e iminas aromáticas basedas nos compostos 2-(4’-amino-2’- hidroxifenil)-6-nitrobenzazóis fluorescentes devido a mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT). Estes compostos foram caracterizados por espectroscopia de absorção na região do Infravermelho, ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H-RMN). Foram realizados estudos fotofísicos através das espectroscopia de absorção na região do ultravioleta-visível e de emissão de fluorescência, determinando assim, os prováveis estados eletrônicos excitados em solventes polares e apolares. / This work presents the synthesis and characterization of new fluorescent heterocyclic derivatives based on 2-(4'-aminophenyl)-6-nitrobenzazoles, as well as aromatic imines based on 2-(4'-amino-2'-hydroxyphenyl)-6-nitrobenzazoles. These molecules are photoactive due to an intramolecular proton transfer in the excited state (ESIPT) or a intramolecular charge transfer (ICT) mechanism. These compounds were characterized by infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance 1H-NMR. Photophysical studies were performed using the absorption spectroscopy in the ultraviolet-visible and fluorescence emission, thereby determining the excited electronic states in polar and nonpolar solvents.

O trabalho apresenta a síntese e a caracterização de novos compostos heterocíclicos benzazólicos dos tipos 2-(4’-aminofenil)-6-nitrobenzazóis fluorescentes por apresentar provável transferência de carga intramolecular no estado excitado (ICT) e iminas aromáticas basedas nos compostos 2-(4’-amino-2’- hidroxifenil)-6-nitrobenzazóis fluorescentes devido a mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT). Estes compostos foram caracterizados por espectroscopia de absorção na região do Infravermelho, ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H-RMN). Foram realizados estudos fotofísicos através das espectroscopia de absorção na região do ultravioleta-visível e de emissão de fluorescência, determinando assim, os prováveis estados eletrônicos excitados em solventes polares e apolares. / This work presents the synthesis and characterization of new fluorescent heterocyclic derivatives based on 2-(4'-aminophenyl)-6-nitrobenzazoles, as well as aromatic imines based on 2-(4'-amino-2'-hydroxyphenyl)-6-nitrobenzazoles. These molecules are photoactive due to an intramolecular proton transfer in the excited state (ESIPT) or a intramolecular charge transfer (ICT) mechanism. These compounds were characterized by infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance 1H-NMR. Photophysical studies were performed using the absorption spectroscopy in the ultraviolet-visible and fluorescence emission, thereby determining the excited electronic states in polar and nonpolar solvents.

Em sólidos dopados com Cr+3, o efeito não-linear ocorre devido à população de íons dopantes no estado metaestável, o qual possui uma polarizabilidade diferente do estado fundamental. Nestes materiais, o índice de refração não-linear n2 é proporcional a Δα/Is , onde Δα é a diferença de polarizabilidade, entre os estados, excitado (metaestável) e o fundamental, e Is a intensidade de saturação da transição. A técnica conhecida como Z-Scan é na atualidade a mais popular para medidas de n2 e foi recentemente aplicada em cristais dopados com Cr+3. Nestes materiais, o tempo de resposta do meio não-linear é dado pelo longo tempo de vida espontâneo do estado excitado τ0 (usualmente τ0 > 100 µs) tornando possível medidas da resposta transiente do sinal. Isto torna possível a normalização do sinal pela medida em t =O (quando o efeito não-linear ainda não se manifestou) com o intuito de eliminar efeitos lineares parasíticos (devido a imperfeições da superfície da amostra, não paralelismo, etc.). Neste trabalho 7 nós usamos o método de Z-Scan resolvido no tempo para determinar não apenas n2, mas também a intensidade de saturação Is. Nós introduzimos um novo método para determinação de Is, através da medida de Z-Scan transiente. Os valores de n2 e Is, podem ser usados para calcular a seção de choque da absorção no estado fundamental σ1, Δα e Δσ (a diferença de seção de choque de absorção entre o estado excitado e metaestável). , Fizemos medidas em cristais de rubi e alexandrita usando um laser de Ar modulado por um \"chopper\". No caso da alexandrita, o Cr+3 pode ocupar dois sítios que apresentam propriedades bastante diferentes. A técnica resolvida no tempo permite que se diferencie estes dois sítios, e então se determine n2, Is, τ0, Δα e Δσ para o íon de Cr+3 em cada tipo de sítio (no caso do sítio de espelho os valores de n2 e Δα são inéditos). / In Cr+3 doped solids, the nonlinearity originates from the population of dopant íon metastable excited state, which has a polarizability different from that of ground state. In these materials, the non-linear refractive index n2 is proportional to a Δα/Is, where a Δα is polarizability difference between excited and ground states and Is is the transition saturation intensity. The thecnique known as Z-Scan is nowadays the most popular one for n2 measurements and was recently applied to Cr+3 doped solids. In this material, the nonlinearity response time is given by the excited state spontaneous lifetime τ0 (usually τ0 > 100 µs) permitting transient response measurements. This allows signal normalization at t=0 (when the nonlinear effect did not appear yet) in order to eliminate parasitic linear effects (due to nonparallel sample surfaces, surface imperfections, etc.). In the present work we used a time resolved Z-Scan method to determine not only n2 but also the saturation intensity Is and these values can be used to calculate the ground state absorption cross section σ1, Δα and Δσ (where Δσ is the absorption cross section difference between excited and ground states). We introduced a new method to measure Is through transient Z-Scan measurements. We performed measurements in ruby and alexandrite using a chopped Ar+ ion laser. In the alexandrite crystal the Cr+3 ion can occupied two different sites that have very different spectroscopy properties. The time resolved technique allowed us to distinguished these two sites and then determine n2, σ0, Δα , Δσ and Is for the Cr+3 ion each kind of site(our n2, Δα and Is results for the mirror site are original contributions of these work).

Neste trabalho estudamos a forma de linha na absorção de dois fotons nas transições 4f7 de defeitos cristalinos superpostas com bandas de absorção multifonons. Escrevemos o perfil de linha sob a forma de Fano. O íon em estudo é Eu++ como defeito em um cristal de CaF2. Apresentamos o desenvolvimento da instrumentação necessária para realização do experimento, e obtemos resultados de ótima qualidade. / In this work we study the absorption of two photons in the electronic transition within the 4f 7configuration wich is superposed to the vibronic structure of 4f 7 - 4f65d transition. We describe the line shape with the Fano\'s formalism. The study was carried out on Eu+2 doped CaF2. The experimental apparatus was build and the results obtained are in good agreement with the theoretical predictions.

Neste trabalho utilizamos a técnica de mistura de duas ondas quase degeneradas na investigação das propriedades ópticas não lineares, associadas à mudança de índice de refração com a intensidade da luz, em materiais dopados com cromo: Al2O3:Cr3+ (rubi), BeAl2O4:Cr3+ (alexandrita) e GdAlO3:Cr3+ (aluminato de gadolínio dopado com cromo). A não linearidade Kerr para o GdAlO3: Cr3+ é bastante significativa, de modo que neste material o parâmetro de ganho do feixe de prova apresenta um comportamento muito peculiar e que não encontra explicação nos tratamentos teóricos usuais do processo de mistura de duas ondas. Em particular, o ganho do feixe de prova neste material atinge percentuais superiores a 200%. Desta forma, desenvolvemos um tratamento teórico que descreve a mistura de duas ondas quase degeneradas em meios onde o índice de refração depende da intensidade (n= n0+n2I). Esta abordagem teórica leva em consideração os efeitos de saturação da grade de população produzida pela intersecção dos feixes de luz no meio Kerr (não harmonicidades da grade) e o processo de mistura de duas ondas é considerado como um caso particular do fenômeno da auto-difração difração de ordem zero. Os resultados teóricos foram comparados com os resultados experimentais e várias previsões teóricas como, a dependência do parâmetro de ganho do feixe de prova com a intensidade de saturação do meio, a dependência da diferença de freqüência entre os dois feixes incidentes onde o ganho é máximo com a intensidade do feixe de bombeamento, foram confirmadas experimentalmente / In this work nearly degenerate two-wave mixing technique is used in order to investigate nonlinear optical properties, associated to the refractive índex change by incident light, in a few doped crystals: Al2O3:Cr3+ (ruby), BeAl2O4:Cr3+ (alexandrite) e GdAlO3:Cr3+ (gadolinium aluminate chromium doped). The Kerr nonlinearity in GdAlO3:Cr3+ is very high, so that the probe gain parameter has peculiar behavior in this material and this cannot be explained by using the current approach found in the literature. In particular, the probe gain parameter in this material reaches percentuals above 200%. In this way, we develop a theoretical approach which describes nearly degenerate two-wave mixing in media where the refractive índex is intensity dependent. This theoretical approach takes into account the saturation of the travelling population grating produced by two interesting beams (anharmonicities of the population grating) and the two-wave mixing process is regarded as the zero-order self-diffraction of the incident waves in this grating. The theoretical results are compared with the experimental ones and several theoretical predictions such as, the dependence of the probe gain parameter on the médium saturation intensity were experimentally verified

Neste trabalho, estudamos as propriedade ópticas da tetrapiridilporfirina (TPyP), usando clorofórmio como sol vente. Para a caracterização óptica linear foram medidos os espectros de fluorescência e absorbância, tendo este último nos permitido determinar a seção de choque para o estado fundamental com radiação incidente em 532 nm. Usamos a técnica de varredura Z com trem de pulsos (VZTP) para medirmos a absorção não linear da TPyP, em 532 nm, e determinamos, através de um modelo fenomenológico de cinco níveis, vários parâmetros espectroscópicos tais como seções de choques e tempos de vida dos estados. Além disso, com a utilização da técnica de espalhamento hiperRayleigh (HRS) medimos a primeira hiperpolarizabilidade da TPyP, dissolvida em clorofórmio em 1064 nm usando, como material de referência, a p-nitroanilina (PN A), diluída em metanol. / This work reports on the optical properties of the tetrakis(pyridil)porphyrin (TPyP). In order to perform the linear optical characterization, fluorescence and absorbance spectra were obtained, where the latter allowed the determination of the cross-section for the ground state with incident radiation at À = 532 nm. We used the Zscan tecnique with pulse trains (ZSPT) to measure the nonlinear absorption of TPyP, at 532 nm, and we managed to determine, through a phenomenological five levels model, several spectroscopic parameters such as cross-sections and lifetime of the states. Moreover, we measured the first hyperpolarizability of TPyP dissolved in chloroform, at À = 1064 nm, using the Hyper-Rayleigh scattering (HRS) technique. The reference material used for HRS measurements was p-nitroaniline (PNA) dissolved in methanol.

A técnica de varredura-z tem sido bastante utilizada para a determinação do índice de refração não-linear (n2) em meios transparentes. Apresentamos neste trabalho uma análise teórica e resultados da técnica de varredura-z por reflexão, visando o estudo de efeitos térmicos em amostras que possuem coeficientes de absorção muito grandes. Extensões à técnica, tais como: a varredura-z resolvida no tempo e varredura-z resolvidas em freqüência puderam ser aplicadas para medir efeitos térmicos, pois estes são relativamente lentos nos materiais que medimos (água, polímero e vidro). Das componentes linear e quadrática da evolução temporal da transmitância, ou, da segunda componente de Fourier de curvas obtidas em duas freqüências, pode-se extrair parâmetros térmicos como: a capacidade térmica por unidade de massa e a difusividade térmica. Propriedades térmicas são de grande interesse na usinagem de peças, e em estudos sobre tensões estruturais e novos materiais. Pela teoria aqui desenvolvida, dada as constantes térmicas, é possível distinguir os efeitos térmicos e eletrônicos nas amostras que apresentam os dois. / The Z-Scan technique is the most popular one for the determination of the nonlinear index of refraction (n2) of transparent media. In this work we present a theoretical analysis and results of the reflection z-scan technique, aiming the research of thermal effects in highly absorbing materials. Extensions of the technique, such as the time resolved z-scan and the frequency resolved z-scan could be applied to measure thermal effects because they are relatively slow in the materials that we have measured (water, polystyrene and glass). From the linear and quadratic terms of the transmittance time evolution, or, from the second Fourier component of curves obtained in two frequencies, one can extract thermal parameters like: the heat capacity per unit mass and the thermal diffusion coefficient. Thermal properties are of great interest in the manufacture of pieces, and in the study of structure strains and new materials. By the theory presented here, if thermal constants are given, one can distinguish between thermal and electronic effects in samples that present both.

Neste trabalho, apresentamos uma extensão da técnica de varredura-Z baseada na análise espectral da evolução temporal da transmitância, quando um feixe laser é modulado numa freqüência f. As componentes de Fourier da evolução temporal da transmitância em f e 2f estão respectivamente relacionadas com os efeitos lineares e não-lineares e sua razão pode ser usada na eliminação de efeitos lineares. Este método, denominado varredura-Z resolvida em frequência, permite um aumento significativo na sensibilidade da técnica de varredura-Z em medidas de absorvedores lentos. Tal método se combinado com \"EZ-scan\" permite medidas de modulação de fase correspondentes a distorções da frente de onda de λ/105. A aplicabilidade bem como a sensibilidade desta técnica foram demonstradas em medidas realizadas em absorvedores lentos, especificamente o rubi e o aluminato de gadolínio dopado com cromo. Tais materiais são convenientes para estes fins, pois já tiveram suas não-linearidades investigadas anteriormente por diversos métodos. Como aplicação da técnica fizemos medidas das propriedades ópticas lineares e não-lineares em uma amostra de vidro fluoroindato dopado com cromo. Observamos que os valores de n2 (λ) seguem a curva de absorção desse material, e propomos um modelo que relaciona a origem da não-linearidade com as transições eletrônicas que ocorrem na região do visível. / This work presents an extension of the Z-scan technique based on the spectral analysis of the transmittance time-evolution when the laser beam is modulated at a frequency f. The Fourier components of the transmittance time-evolution at f and 2f are respectively related to the linear and nonlinear effects and their ratio can be used to eliminate spurious linear effects. This method, known as frequency resolved Z-scan, allows a significative increase in the sensitivity of the Z-scan technique for measurements of slow absorbers. When combined with the EZ-scan technique, it can measure transmittance changes corresponding to wavefront distortions of λ/105. The demonstration of the technique was carried out for slow absorbers, ruby and chromium-doped gadolinium aluminate. Such materials were conveniently chosen for this purpose since their optical nonlinearities are well stablished. As an application, we present linear and nonlinear optical properties of a chromium-doped fluorindate glass sample. We found that the values of n2 (λ) follow the absorption curve in this material and we have proposed a model which relates the origin of the nonlinearity with the electronic transitions that occur in the visible region of the spectrum.